Одним из распространенных в нашей стране типов реакторов является реактор ВВЭР. Поэтому в качестве примера мы рассмотрим наиболее часто применяемое на этих реакторах регулирующее устройство типа АРМ5. Это устройство имеет различные модификации и используется как на реакторах типа ВВЭР-440, так и на реакторах типа ВВЭР-1000. Модификация этого устройства АРМ5 работает на АЭС Ловииза с реактором ВВЭР-440, модификация АРМ5М—на II (реактор ВВЭР-365) и на V (реактор ВВЭР-1000) блоках НВ АЭС. Модификациями регулятора АРМ5С (1000) и АРМ5С (440) будут оснащены все реакторы ВВЭР-1000 и ВВЭР-440, сооружаемые в нашей стране и за рубежом.
Регулирующее устройство АРМ5 предназначено для поддержания мощности реактора в соответствии с мощностью турбогенераторов, стабилизации мощности реакторов на заданном уровне, ' поддержания мощности турбогенераторов в соответствии с мощностью реактора.
Для выполнения этих функций в комплект устройства входят три регулятора, каждый из которых состоит из трех каналов. Упрощенная схема системы регулирования, построенная на основе этого устройства, приведена на рис. 6.19. В состав устройства АРМ5 входят регулятор нейтронной мощности (РНМ), регулятор реактора по теплотехническому параметру (РРТ) и регулятор турбины (РТ). Выходной сигнал каждого регулятора формируется в блоке 1 по мажоритарному принципу «два из трех».
Первый регулятор получает информацию от аппаратуры контроля нейтронного потока АКНП, обрабатывающей сигналы ионизационных камер ИК. Этот же сигнал используется и в регуляторе РРТ, получающем, кроме того, и сигналы от датчиков давления Р.
Рис 6.19. Система автоматического регулирования энергоблока с реактором типа ВВЭР на базе устройства АРМ5
Регулятор турбины воздействует на синхронизатор С турбины и получает входную информацию от датчиков давления Р.
Устройство обеспечивает следующие режимы работы:
- режим астатического поддержания теплотехнического параметра воздействием на реактор (Т);
- режим поддержания теплотехнического параметра по компромиссной программе воздействием на реактор (К);
- стерегущий режим поддержания теплотехнического параметра воздействием на реактор (С);
- режим астатического поддержания нейтронной мощности (Н).
При работе устройства в режиме К на уровнях мощности, меньших заданной Qo, осуществляется поддержание постоянного давления пара в коллекторах турбин, а на уровнях мощности, больших Qo,— поддержание постоянной средней температуры теплоносителя в реакторе.
Рис. 6.20. Структура регулятора нейтронной мощности РНМ: а — схема одного канала формирования сигнала, в — схема «два из трех»
Подробнее о статической программе в этом режиме работы энергоблока см. §9.1, 9.2.
Регулятор турбины РТ (при работе регулятора реактора РРТ в режимах Т и К) обеспечивает стерегущий режим регулирования турбины по давлению в паровых коллекторах. В этом режиме регулятор РТ осуществляет снижение мощности турбины воздействием на ее синхронизатор при уменьшении давления в паровых коллекторах по сравнению с заданным. Увеличение мощности турбины при работе регулятора в этом режиме не производится.
В режимах работы регуляторов РНМ и РРТ Н, С или ручного дистанционного управления регулирующими органами реактора регулятор РТ обеспечивает астатическое поддержание давления в паровых коллекторах воздействием также на синхронизатор турбины.
В качестве элементной базы регуляторов, построенных по блочно-модульному принципу, используются интегральные микросхемы малой и средней интеграции, дискретные элементы (диоды, транзисторы, резисторы, конденсаторы) и электромеханические реле.
Рассмотрим теперь структуру отдельных регуляторов, входящих в состав устройства. На этих схемах не показаны блоки управления, имеющиеся в каждом из трех каналов устройства и обеспечивающие выбор нужных режимов, автоматические переходы из режима в режим, а также формирование запретов на работу регулятора.
На рис. 6 20,а приведена принципиальная схема одного канала регулятора нейтронной мощности РНМ. Этот регулятор содержит блок усилителей У5, блок сравнения СН2 и пороговый блок П6-1.
Сигналы положительной полярности, пропорциональные нейтронной мощности, поступают от аппаратуры контроля нейтронного потока АКНП на суммирующий усилитель ИС1 блока У5. С выхода этого блока сигнал подается в блок сравнения СН2 и в блок логарифматора Л Г РРТ (см. рис. 6 21). Органом настройки данного блока является резистор R7, с помощью которого меняется коэффициент усиления усилителя ИС1.
Входной сигнал блока СН2 поступает на вход усилителя 31 с переменным коэффициентом усиления, усиливается и сравнивается на входе усилителя 32 с заданным значением, которое устанавливается резистором R9. Таким образом, формируется сигнал, пропорциональный отклонению нейтронной мощности от заданного значения. После усиления на усилителе 33 сигнал подается в блок П6-1. Этот блок преобразует аналоговый сигнал отклонения нейтронной мощности от заданного значения в трехпозиционный дискретный сигнал и, кроме того, управляет регистром блока СН2, изменяющим коэффициент усиления усилителя 31.
Выходные контакты пороговых блоков 1П6-1, 2П6-1 и ЗП6-1 трех каналов регулятора РРН собираются в две сборки «два из трех», изображенные на рис. 6 20,6. Выходной сигнал регулятора подается в, устройства управления приводами исполнительных органов реактора.
Если регулятор не включен в режим автоматического поддержания параметра, то при изменениях сигнала по нейтронному потоку пороговый блок П6-1 путем управления регистром блока СН2 меняет коэффициент усиления усилителя 31 так, чтобы отклонение параметра от заданного значения лежало внутри зоны нечувствительности порогового блока П6-1. Таким образом обеспечивается безударное включение регулятора в режим автоматического поддержания параметра, так как заданное его значение всегда подгоняется к текущему.
При включении регулятора в режим автоматического поддержания параметра заданное значение без вмешательства оператора уравнивается с текущим в момент включения. Оператор освобождается ст необходимости ручной подгонки задания регулятора к текущему значению параметра. Сигналы запрета на увеличение мощности реактора поступают от соответствующих датчиков в блоки управления регулятором 1БУР — ЗБУР (на схеме не показаны), а затем, после обработки, в блоки 1П6-1—ЗП6-1 в виде сигналов нулевого уровня, запрещающих срабатывание выходных реле Р2 этих блоков.
Если в процессе управления реактором в устройство АРМ5 поступает сигнал срабатывания аварийной защиты второго или третьего рода, то устройство отключается. После снятия аварийного сигнала БУР автоматически включает его в работу в режиме Н.
Рассмотрим теперь принципиальную схему канала регулятора реактора по теплотехническому параметру РРТ (рис. 6.21). Он содержит блоки логарифматора ЛГ% динамический Д2, сравнения СД2, два блока усилителей У6 и блок управления каналом УК6 У7 и два пороговых блока П6-2 и П6-3.
Входные токовые сигналы Огг-5 мАот датчиков давления с унифицированным* выходом, установленных на паровых коллекторах турбин, поступают в блок У6 на суммирующий усилитель ИС1. Сравнение этого сигнала с заданным значением осуществляется на усилителе Э2 блока СД2, причем заданное значение формируется усилителем 31 с переменным коэффициентом усиления, предназначенным для обеспечения безударного включения регулятора в работу. В режиме Т для обеспечения безударного включения в автоматический режим заданное значение параметра, формируемое усилителем 31, отслеживает измерение давления за счет изменения коэффициента усиления усилителя 31, управляемого пороговым блоком П6-3.
При работе регулятора в режиме К обеспечивается постоянство средней температуры теплоносителя первого контура за счет коррекции заданного значения давления сигналом тепловой мощности начиная с уровня Q0. Сигнал тепловой мощности формируется вычислительным комплексом АСУ ТП энергоблока или устройством разгрузки и ограничения мощности РОМ и подается в блок У7 на вход усилителя ИС1. После инвертирования на усилителе ИС2 корректирующий сигнал поступает в блок СД2. Резистором R3 блока У7 устанавливается значение Qo, ниже которого корректирующий сигнал равен нулю, а выше изменяется линейно. Сигнал коррекции в блоке СД2 уменьшает заданное значение давления при увеличении тепловой мощности реактора Q, начиная с уровня Qo
Если переключение регулятора из режима Т в режим К производится при мощности Q, большей Q0l то корректирующий сигнал отличен от нуля и во избежание быстрого изменения мощности реактора из-за скачкообразного изменения заданного значения давления скорость отработки задания ограничивается за счет подключения ко входу усилителя ИС2 блока У6 устройства ограничения на диодах Д5—Д8. Управление ограничителем осуществляется сборкой «два из трех» блока БУР и реле Р блока У6 по сигналу отклонения давления, формируемого блоками П6-3.
Сигнал, пропорциональный отклонению давления от заданного значения, с усилителя 32 блока СД2 подается на усилитель 33, откуда он поступает в блок П6-3, где формируется трехпозиционный сигнал.
Чувствительность регулятора по давлению устанавливается резистором R17 блока СД2 Блок П6-3 используется для управления регистром блока СД2 (организация безударного включения), а также управления блоком П6-2.
Контакты реле 'Р1 и Р2 блоков П6-3 используются в сборках «два из трех» (см. рис 6 20,6), сигналы от которых поступают в блок Д2 для управления обратной связью, для сигнализации отклонения давления от заданного значения на пульте оператора, а также для организации автоматического перехода устройства из режима Н в режим Т по сигналу повышения давления. Кроме того, сигналы с указанных сборок используются в схемах блоков УК6 и 7 и БУР в качестве блокирующих сигналов.
Регулятор РРТ представляет собой объединенный регулятор мощности реактора, в который помимо сигнала по теплотехническому параметру (давлению) вводится сигнал по производной от сигнала по нейтронному потоку. Этот сигнал организуется включением в обратную связь канала по нейтронному потоку интегрирующего элемента (см § 6 3, рис 6 14). Для исключения влияния дрейфа интегратора имеются две кольцевые обратные связи, которые размыкаются только на короткий срок при отработке возмущающего воздействия, а остальное время замкнуты Это происходит следующим образом.
При срабатывании блоков П6-2 сигнал поступает в блок Д2 и включает реле Р2. Один контакт этого реле используется для отключения слабой кольцевой связи (резисторы R3, R26, R27), второй — для подачи питания на катушку реле Р1 Так как зона нечувствительности блока П6-3 значительно меньше, чем зона нечувствительности блока П6-2, то к моменту его срабатывания блок П6-3 включен, и из этого блока в блок Д2 поступает сигнал, включающий реле Р1 Контакт этого реле размыкает сильную кольцевую связь. Она остается разомкнутой в течение процесса отработки возмущения, так как второй контакт реле Р1 включен в цепь самоподхвата.
В соответствии с описанным алгоритмом работы блока Д2 в статике сигнал на его выходе равен нулю, поскольку обе кольцевые связи замкнуты При отработке возмущений по давлению, так как кольцевые связи разорваны, этот сигнал изменяется пропорционально изменению логарифма отклонения нейтронной мощности во времени движения органов регулирования реактора до величины, численно равной минус АР
Значение, на которое изменяется мощность реактора при единичном отклонении давления, устанавливается резистором R1 блока Д2
После того как сигналы по нейтронной мощности и отклонению давления сравняются (с точностью зоны нечувствительности блока П6-2), отработка возмущающего воздействия прекращается. После прекращения отработки сигнал на выходе блока Д2 уменьшается в результате замыкания слабой кольцевой связи усилителей ИС1... — ИСЗ блока. Постоянная времени интегратора устанавливается резистором R2-6 модуля (регулировка длительности паузы). Длительность импульса определяется величиной зоны возврата порогового блока П6-2 и коэффициентом усиления усилителя ИС2 блока Д2.
Включение на автоматическое управление реактором канала РРТ в режим Т производится подачей в блок П6-3 сигнала с контакта реле Р1 блока БУР. По этому сигналу осуществляется установка задатчика блока СД2 на действительное значение параметра. После того как отклонение заданного значения от действительного станет меньше зоны нечувствительности блока П6-3, на выходе этого блока Ш1 аб появится сигнал, который через контакт реле Р1 блока УК6 поступает на вход Ш1 а4 блока П6-2. Канал РРТ включен на управление реактором после того, как на контакте Ш1 аб блока Пб-2 появится сигнал нулевого уровня, о чем сигнализирует лампа JI2, установленная на лицевой панели блока.
В режим К канал РРТ переводится из режима Т включением реле РЗ блока БУР В этом случае снимается сигнал, поступающий из блока БУР в блок СД2, и корректирующий сигнал из блока У7 подается на усилитель Э2 блока СД2
В режим С канал РРТ переводится из режима Т включением реле Р4 блока БУР. В этом случае суммирующий усилитель ИС2 блока У6 охвачен нелинейной обратной связью через контакт реле Р4 блока БУР. Эта связь позволяет сохранить выходной сигнал усилителя ИС2 равным нулю при снижении давления пара в паровых коллекторах, при повышении давления выходной сигнал усилителя изменяется линейно, но с меньшей крутизной. Коэффициент усиления усилителя ИС2 устанавливается резистором R16 в режимах Т и К и уменьшается резистором R19 в режиме С.
Если при работе в режиме автоматического управления реактором на вход устройства поступают сигналы запрета увеличения или уменьшения мощности реактора по каким-либо причинам, например при малом периоде увеличения мощности или при уменьшении давления теплоносителя в первом контуре, то в каналы РРТ из блоков УК6 со сборок «два из трех», собранных на контактах реле Р4 или Р5, поступают сигналы нулевого уровня.
В устройстве АРМ5 предусмотрен автоматический переход из режима Н в режим Т при превышении давления в паровых коллекторах заданного уровня. Это необходимо для организации разгрузки реактора при, например, отключении одного турбогенератора из двух работающих или при резких сбросах нагрузки, приводящих к росту давления.
Рис. 6.21. Структура одного канала регулятора реактора по теплотехническому параметру РРТ
Рис. 6.22. Схема модуля сравнения МС
Рис. 6.23. Схема порогового модуля МП
В этом случае из блока БУР поступают сигналы на включение в рабочий режим блоков П6-1 и П6-3 После балансировки задатчиков каналы включаются в рабочий режим, но в блок П6-2 разрешения на работу не поступает В блок СД2 поступают сигналы нулевого уровня из блоков БУР и П6-3, которые через ключевую схему Д, выполненную на транзисторах Т1—ТЗ, включают реле Р. Контакт этого реле подключает ко входу усилителя ЭЗ делитель, который уменьшает крутизну выходного напряжения усилителя ЭЗ и тем самым увеличивает уровень сигнала отклонения давления от заданного, при котором включается блок П6-3 Величина этого уровня регулируется резистором R25 блока СД2.
При увеличении давления в паровых коллекторах до уровня срабатывания блоков П6-3 в этих блоках включаются реле Р2 Со сборки два из трех, собранной на контактах реле Р2, блоков П6-3 в блоки БУР (на рис 6 22 не показано) и УК6 поступают сигналы, переключающие реле Р2 блоков БУР в состояние, соответствующее режиму Т, и разрешающие производить разгрузку реактора по давление в паровых коллекторах Разгрузка реактора будет производиться до тех пор, пока не выключится реле Р2 блоков П6 3, т е. давление не будет равно заданному.
Регулятор турбины РТ содержит пять блоков тех же типов, что и регулятор реактора по теплотехническому параметру (блок сравнения, динамический, усилителей, два пороговых блока) Структуру этого регулятора мы рассматривать не будем.
Рассмотрим теперь устройство некоторых модулей, входящих в состав регуляторов Модуль сравнения МС (рис. 6.22) предназначен для сравнения одного или более сигналов с фиксированным напряжением, например регулируемого параметра и заданного значения, а также усиления разности сравниваемых сигналов.
Модуль состоит из трех последовательно соединенных усилителей постоянного тока Э1—ЭЗ, 12-разрядного регистра, генератора импульсов, управляемого ключа и цифро-аналогового преобразователя, выполненных на интегральных микросхемах. Для повышения нагрузочной способности первого и второго усилителей на их выходах включены эмиттерные повторители на транзисторах 77 и Т2 со стабилизаторами тока на транзисторах ТЗ и Т4 Первый усилитель Э1 имеет переменный коэффициент усиления, величина которого зависит от числа, записанного в цифровом регистре (ЭЮ—Э21). Для организации этой зависимости в рассечку между резисторами R2 и R3 включен ряд параллельных резисторов R34—R45, каждый из которых подключен к общей шине через транзисторный ключ (микросхемы 34—39, по два ключа в каждой микросхеме). Управление ключами производится с помощью регистра Когда в соответствующем разряде регистра записана единица, ключ открыт, когда нуль, ключ закрыт. Источником импульсов является симметричный мультивибратор, выполненный на микросхеме Э22. Управление регистром производится путем соединения точки 80 модуля с общей шиной, при этом не производится перезапись регистра. Таким образом, сигналом запрета является сигнал нулевого уровня, и разрешения — отсутствие такого сигнала.
Пороговый модуль (МП) (рис 6 23) предназначен для преобразования аналогового сигнала в дискретные сигналы для управления регулирующими органами реактора и цифровым регистром модуля сравнения Схема содержит два независимых канала преобразования с собственными входами и выходами и третий канал управления со своими входами и выходами
Каждый канал имеет компаратор, усилитель мощности, входные цепи и цепи смещения. Третий канал, кроме того, включает в себя элемент задержки и транзисторный ключ
Компараторы, т е. устройства сравнения сигнала с постоянным напряжением, выполнены на микросхемах и представляют собой операционные усилители, охваченные положительной обратной связью. Резисторами R45, R46 устанавливается напряжение смещения, определяющее зону нечувствительности компараторов Выходные сигналы компараторов поступают на усилители мощности, выполненные на транзисторах ТЗ, T9 и Т4, Т12
При отсутствии сигналов на входах компараторов напряжение на их выходах равно плюс 10 В, при этом транзисторы ТЗ, Т4 находятся в режиме насыщения, а транзисторы T9, Т10 закрыты.
При поступлении на входы компараторов сигналов соответствующей полярности, превышающих их зону нечувствительности, на их выходе появляется напряжение минус 10 В, запирающее транзистор (ТЗ или Т4). Транзистор T9 или Т10 открывается, и на выходе 17 или 13 модуля МП появляется сигнал нулевого уровня. Этот сигнал подается на реле Р1 и Р2 блока П6. Из контактов этих реле организуются две сборки «два из трех» — «меньше» и «больше».
Сигнал от этих сборок используется в системе управления приводами для организации движения рабочей группы органов регулирования реактора.
